《光纤传感器》课件.pptVIP

光纤传感器optical fiber sensor 光纤传感优点： 灵敏度较高；几何形状具有多方面的适应性，可以制成任意形状的光纤传感器；可以制造传感各种不同物理信息（声、磁、温度、旋转等）的器件；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀、或其它的恶劣环境；而且具有与光纤遥测技术的内在相容性。 应用：磁、声、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等物理量的测量。 光纤传感器 光导纤维的结构和导光原理 光导纤维的主要参数 光纤传感器结构原理 光纤传感器的分类 光纤传感器的特点 光纤传感器的应用 光导纤维的结构和导光原理 圆柱形内芯和包层组成，而且内芯的折射率略大于包层的折射率 斯乃尔定理 光纤导光 where the effect of total internal reflection (TIR) is used. The angle of a total internal reflection is a function of the refractive index: Whenlight enters the fiber, it is important to determine the maximum angle of entry which will result in total internal reflections). If we take that minimum angle of an internal reflection, then the maximum angle can be found from Snell’s law 光导纤维的主要参数 1. 数值孔径（NA） 2. 光纤模式 3. 传播损耗 1. 数值孔径（NA） 反映纤芯接收光量的多少，标志光纤接收性能。 意义：无论光源发射功率有多大，只有2θi张角之内的光功率能被光纤接受传播。 大的数值孔径：有利于耦合效率的提高。 但数值孔径太大，光信号畸变也越严重。 the value is called the numerical aperture of the fiber In practice, the numerical aperture is defined as the angle at which light intensity drops by some arbitrary number 2. 光纤模式 光波沿光导纤维传播的途径和方式 在光导纤维中传播模式很多对信息的传输是不利的，导致合成信号的畸变，因此我们希望模式数量越少越好。 阶跃型的圆筒波导内传播的模式数量表示为 3. 传播损耗 损耗原因：光纤纤芯材料的吸收、散射，光纤弯曲处的辐射损耗等的影响 光纤传感器结构原理 把被测量的状态转变为可测的光信号的装置 光纤传感器光学测量的基本原理 光就是一种电磁波， The basic idea for use of fiber optics in sensing is to modulate one or several characteristics of light in a fiber and, subsequently, to optically demodulate the information by conventional methods. A stimulus may act on a fiber either directly or it can be applied to a component attached to the fiber’s outer surface or the polished end to produce an optically detectable signal 光纤传感器的分类 光纤传感器的分类 光纤在传感器中的作用 光受被测量调制的形式 光纤传感器中对光信号的检测方法不同 (1) 光纤的传感器中的作用 功能型 非功能型 拾光型 (a) 功能型（全光纤型）光纤传感器 光纤在其中不仅是导光媒质，而且也是敏感元件，光在光纤内受被测量调制。优点：结构紧凑、灵敏度高。 缺点：须用特殊光纤，成本高， 典型例子：光纤陀螺、光纤水听器等。 (b) 非功能型（或称传光型）光纤传感器 光纤在其中仅起导光作用，光照在光纤型敏感元件上受被测量调制。 优点：无需特殊光纤及其他特殊技术， 比较容易实现，成本低。 缺点：灵敏度较低。 实用化的大都是非功能型的光纤传感器。 (c) 拾光型光纤传感器 用光纤作为探头，接收由被测对象辐射的光或被其反射、散射的光。 典型例子：